M.Ö. 3.000 yılı civarında kurulmuştur. Yerleşim merkezi bugünkü yerinde değil, tarihi Gordion kenti ve çevresinde idi. Toprakları Hitit ve Frig uygarlıklarının, Pers İmparatorluğu'nun, Büyük İskender'in, Roma ve Bizans imparatorluklarının yönetiminde kalmıştır. Bölge 1516 yılında Yavuz Sultan Selim zamanında Osmanlı İmparatorluğu'nun topraklarına katılmıştır. 

Bu ilçenin Kurtuluş Savaşımızda önemli bir yeri vardır. Sakarya Savaşları ilçenin Çekirdeksiz, İğciler, İnler, Toydemir köyleri civarında yapılmış, Atatürk bu savaştan ilçenin Alagöz köyünde kurulan karargâhından yönetmiştir. Bu günlerin anısını yaşatmak için karargâh olarak kullanılan bu ev bir müze haline getirilmiştir. Ankara'yı ele geçirmek isteyen Yunan kuvvetleri Polatlı sınırına kadar gelmiş ancak Sakarya Savaşı'nda yenilerek geri çekilmek zorunda kalmıştır. Türk kuvvetlerinin Başkomutanlık karargâhı Alagöz köyünden Polatlı'ya taşınmıştır. Bugünkü Polatlı ilçesinin 20 kilometre kuzeybatısında yer alan Yassıhöyük köyü ve çevresi bölgede gerçek bir tarih başlangıcı sayılabilir.

Sakarya Nehri'nin Porsuk Irmağı ile birleştiği yerin biraz ötesinde Frig uygarlığının başkenti olan Gordion, kazılar sonucu ortaya çıkarılmıştır. Bu kent, Büyük İskender'in Anadolu toprağını zaptı sürecinde 333-334 yılları arasında askerleriyle konakladığı şehirdir. Bu çevrede 86 adet tümülüs, kral mezarı ve kalıntıları ile ilçe merkezinde şehir kalıntıları bulunmaktadır. 13. yüzyılın ilk yarısında Menteşeoğulları Beyliği'nden bazı aşiretlerin ilçeye geldiği ve Menteşe ile eski Polatlı köyleri civarlarına yerleştikleri tespit edilmiştir. Polat kelimesinin Fars dilinde karşılığı "Pulat" olup "çevik, kuvvetli" anlamına gelir.

Frig Krallığının başkenti olan Gordion kenti yapılan kazılar sonucu bulunmuştur. Günümüzde Polatlı ilçesinin en çok turist çeken ören yeridir. "Eşek Kulaklı Midas" ve "dokunduğu her şeyi altına çeviren Midas" efsaneleriyle ün yapmış Kral Midas'ın mezarı burada bulunmaktadır.